【導讀】在設計用于準確監測和控制重要電氣參數（包括電流、電壓和功率）的系統中，模數轉換器 (ADC) 使用同步采樣來(lái)監測和控制電壓和電流。速度和精度是其中一些最重要的參數，它們有助于更大限度提升信號鏈的性能。此外，通道密度更高的 ADC 有助于縮小電路板尺寸，并增加通過(guò)給定電路板傳輸的數據量。這篇技術(shù)文章將介紹精度更高且速度更快的 ADC 如何在自動(dòng)化半導體測試儀、數據采集設備和高端線(xiàn)性編碼器等站點(diǎn)數量較多的系統中實(shí)現更高的精度和更高的吞吐量。
在設計用于準確監測和控制重要電氣參數（包括電流、電壓和功率）的系統中，模數轉換器 (ADC) 使用同步采樣來(lái)監測和控制電壓和電流。速度和精度是其中一些最重要的參數，它們有助于更大限度提升信號鏈的性能。此外，通道密度更高的 ADC 有助于縮小電路板尺寸，并增加通過(guò)給定電路板傳輸的數據量。這篇技術(shù)文章將介紹精度更高且速度更快的 ADC 如何在自動(dòng)化半導體測試儀、數據采集設備和高端線(xiàn)性編碼器等站點(diǎn)數量較多的系統中實(shí)現更高的精度和更高的吞吐量。
自動(dòng)化半導體測試儀
通道密度在半導體測試設備中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，尤其是在自動(dòng)化存儲器測試設備中。通道密度越高，測試設備能夠容納的測試站點(diǎn)就越多，受測半導體元件吞吐量也越高。采用封裝尺寸更小、通道數量更多的 ADC 能夠提高可實(shí)現的通道密度。然而，即使通道數量很高，優(yōu)化 ADC 的帶寬和穩定時(shí)間也很重要。更高的帶寬和更短的穩定時(shí)間可以縮短信號吞吐時(shí)間，從而縮短自動(dòng)化半導體測試設備的總體測試時(shí)間。存儲器測試儀通常是多路復用系統，這需要 ADC 具有快速響應時(shí)間，以快速捕獲多路復用器輸出上的數據。
圖 1 展示了存儲器測試儀中 ADC 配置的電路圖，而表 1 列出了 ADS9817 的穩定時(shí)間和帶寬模式，其中 ADS9817 是一款采用 7mm x 7mm 封裝的 18 位八通道雙路同步采樣 ADC。
圖 1 存儲器測試儀的 ADC 配置電路
表 1 ADS9817 帶寬模式
ADC 的總體未調整誤差 (TUE) 是影響測試設備性能及其相關(guān)校準方法的另一個(gè)因素。高精度器件可以提高系統設計的整體精度并降低校準要求。ADS9817 具有較低的積分非線(xiàn)性 (INL) 和超低溫漂，失調電壓漂移為 0.5ppm/°C，增益漂移為 0.7ppm/°C。這些規格可以降低 TUE，從而減少了測試儀的校準工作量并提高了其性能。表 2 詳細介紹了 ADS9817 器件的 TUE。
表 2 ADS9817 在各種工作條件下的測量精度
數據采集設備
高速數據采集系統需要寬帶寬、無(wú)混疊精密信號鏈來(lái)測量無(wú)阻尼加速計或寬帶寬電流傳感器等高頻傳感器的輸出。為了在寬動(dòng)態(tài)范圍內準確采集快速瞬態(tài)信號，需要使用高速精密 ADC。數據采集系統需要大約 20MSPS 的 ADC，才能準確采集它們可能遇到的各種信號。ADS9219 在 20MSPS 時(shí)提供 95dB 信噪比。
圖 2 所示為數據采集系統的電路方框圖。集成式 ADC 驅動(dòng)器簡(jiǎn)化了前端放大器的帶寬要求。這一增強功能使數據采集系統能夠提供高精度和寬帶寬。在 ADC 接收到模擬信息后，數據采集軟件會(huì )處理數字化數據并將其輸出給用戶(hù)。
圖 2 用于數據采集的 ADC 配置電路圖
線(xiàn)性編碼器
模擬增量編碼器輸出 1Vpp 正弦和余弦信號，這些信號由 ADC 在伺服驅動(dòng)器中進(jìn)行數字化。正弦和余弦信號的插值為伺服驅動(dòng)器提供電機的位置和速度。為了準確地完成這些信號的插值，需要兩個(gè)同步采樣通道。具有高精度要求的電機控制終端設備（如激光干涉儀或高端線(xiàn)性編碼器）可以利用正弦和余弦電機法測量快速運動(dòng)的電機并執行精確的運動(dòng)。編碼器的輸出信號頻率與電機轉速直接相關(guān)，因此高端線(xiàn)性編碼器需要具有高采樣速率的 ADC。
ADS9219 和 ADS9218 分別是 20MSPS 或 10MSPS 的雙通道同步采樣 ADC，非常適合測量編碼器的正弦和余弦輸出。THS4541 是一款高速全差分放大器，可用作低功耗、高性能 ADC 驅動(dòng)器。這些器件非常適合用于正弦和余弦電機控制，因為這些 ADC 能夠通過(guò)高帶寬同時(shí)采集這兩個(gè)信號，從而實(shí)現更嚴密的控制和更準確的運動(dòng)。電機控制器可以在控制算法中使用這兩種信號來(lái)精確地控制電機。由于正弦信號和余弦信號具有 90 度相位差，因此控制算法可以檢測電機的位置及其旋轉速度。圖 3 所示為增量編碼器系統的編碼器方框圖。
圖 3 具有 THS 器件的編碼器方框圖
結語(yǔ)
本文已經(jīng)介紹了自動(dòng)半導體測試儀需要具備高通道密度、高速和一定的精度水平。數據采集設備需要非常高的速度來(lái)采集信號，而使用正弦和余弦控制的高端線(xiàn)性編碼器需要精確的同步采樣 ADC 來(lái)實(shí)現精確控制。ADS9219 和 ADS9817 可以幫助您構建尺寸更小、運行精度更高的出色系統，從而更大限度地減少終端設備所需的校準工作和停機時(shí)間。
本文轉載自：德州儀器
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